- Što je krug umivaonika s konstantnom strujom?
- Voltaža pod nadzorom struje pomoću Op-Amp-a
- Izgradnja
- Strujni krug sudopera pod nadzorom napona radi
- Poboljšanja dizajna
Izvor struje i Poniranje struje dva su glavna pojma koja se koriste u dizajnu elektronike, a ta dva pojma diktiraju koliko struje može napustiti ili ući u terminal. Primjerice, struja sudopera i izvora tipičnog izlaznog pina mikrokontrolera 8051 iznosi 1,6 mA, odnosno 60 uA. To znači da pin može isporučiti (izvor) do 60uA kada je visok i može primiti (sudoper) do 1,6mA kada je nizak. Tijekom dizajna kruga ponekad moramo izgraditi vlastiti krug izvora struje i struje sudopera. U prethodnom uputstvu izgradili smo strujni krug napona kontroliranog napona koristeći zajedničko opcijsko pojačalo i MOSFET koji se mogu koristiti za napajanje strujom do opterećenja, ali u nekim će nam slučajevima umjesto struje izvora biti potrebna trenutna opcija sudopera.
Stoga ćemo u ovom vodiču naučiti kako izraditi krug sudopera s konstantnom strujom pod nadzorom napona. Strujni krug sudopera s konstantnom strujom pod naponom, kao što mu ime govori, kontrolira količinu struje koja je kroz njega potonula na temelju primijenjenog napona. Prije nego što nastavimo s konstrukcijom kruga, hajde da shvatimo o krugu sudopera s konstantnom strujom.
Što je krug umivaonika s konstantnom strujom?
Krug sudopera s konstantnom strujom zapravo tone struju bez obzira na otpor opterećenja sve dok se ulazni napon ne mijenja. Za krug s otporom od 1 ohma, napajan pomoću ulaza od 1 V, konstantna struja je 1A prema Zakonu oma. Ali, ako Ohmov zakon odlučuje koliko struje teče kroz krug, zašto nam onda trebaju konstantni izvor struje i strujni krug struje?
Kao što možete vidjeti sa gornje slike, strujni krug izvora daje struju za pogon tereta. O količini trenutnog opterećenja odlučivat će strujni krug izvora jer on djeluje kao napajanje. Slično tome, strujni krug sudopera djeluje kao uzemljenje, opet će se količinom struje koju prima opterećenje kontrolirati trenutnim krugom umivaonika. Glavna razlika je u tome što krug izvora mora prema izvoru (opskrbi) dovoljno struje za opterećenje, dok krug sudopera mora samo ograničiti struju kroz krug.
Voltaža pod nadzorom struje pomoću Op-Amp-a
Naponski upravljani krug sudopera s konstantnom strujom radi točno na isti način kao i strujni krug s naponom kontroliranim izvorom struje koji smo ranije izgradili.
Za strujni krug sudopera, op-amp veza se mijenja, to jest negativni ulaz je spojen na ranžirni otpor. To će pružiti potrebne negativne povratne informacije opcijskom pojačalu. Tada imamo PNP tranzistor, koji je povezan preko op-amp izlaza, tako da izlazni pin op-amp-a može pokretati PNP tranzistor. Sad, uvijek se sjetite da će Op-Amp pokušati izjednačiti napon na oba ulaza (pozitivnom i negativnom).
Pretpostavimo, 1V ulaz daje se preko pozitivnog ulaza op-pojačala. Op-amp će sada pokušati napraviti drugi negativni ulaz također kao 1V. Ali kako se to može učiniti? Izlaz op-pojačala će uključiti tranzistor na način da će drugi ulaz dobiti 1V od naše V-opskrbe.
Rutacijski otpor će proizvesti pad napona prema omskom zakonu, V = IR. Stoga će 1A struje kroz tranzistor stvoriti pad napona od 1V. PNP tranzistor će spustiti ovu 1A struje, a op-pojačalo će upotrijebiti taj pad napona i dobiti željene povratne informacije od 1V. Na taj će način promjenom ulaznog napona upravljati baza kao i struja kroz ranžirni otpor. Uvedimo sada opterećenje koje se mora kontrolirati u naš krug.
Kao što vidite, već smo osmislili strujne krugove sudopera pod nadzorom napona koristeći Op-Amp. Ali za praktičnu demonstraciju, umjesto da koristimo RPS za pružanje promjenjivog napona Vinu, upotrijebimo potenciometar. Već znamo da dolje prikazani potenciometar djeluje kao razdjelnik potencijala za pružanje promjenjivog napona između 0 V i V napajanja (+).
Izgradimo sklop i provjerimo kako to radi.
Izgradnja
Kao i prethodni tutorial, i mi ćemo koristiti LM358 jer je vrlo jeftin, jednostavan za pronaći i široko dostupan. Međutim, ima dva op-amp kanala u jednom paketu, ali trebamo samo jedan. Prethodno smo izgradili mnoge sklopove temeljene na LM358, a možete ih i provjeriti. Sljedeća slika je pregled LM358 pin dijagrama.
Dalje, trebamo PNP tranzistor, u tu svrhu koristi se BD140. Ostali tranzistori također će raditi, ali odvođenje topline je problem. Stoga paket Transistor mora imati mogućnost spajanja dodatnog hladnjaka. Isječak BD140 prikazan je na donjoj slici -
Druga glavna komponenta je Shunt otpornik. Za ovaj projekt držimo se otpornika snage 2 ohma od 47 ohma. Pojedinosti potrebne komponente opisane su na popisu u nastavku.
- Opcijsko pojačalo (LM358)
- PNP tranzistor (BD140)
- Otpornik za skretnicu (47 ohma)
- 1k otpornik
- 10k otpornik
- Napajanje (12V)
- 50k potenciometar
- Daska za kruh i dodatne spojne žice
Strujni krug sudopera pod nadzorom napona radi
Sklop je napravljen u jednostavnoj ploči za testiranje, kao što možete vidjeti na donjoj slici. Za ispitivanje objekta s konstantnom strujom koriste se različiti otpornici kao otporno opterećenje.
Ulazni napon mijenja se pomoću potenciometra i trenutne promjene odražavaju se u opterećenju. Kao što se vidi na donjoj slici, opterećenje ponire struju od 0,16A. Detaljan rad možete provjeriti i u videozapisu na dnu ove stranice. Ali, što se točno događa unutar sklopa?
Kao što je već spomenuto, tijekom ulaza od 8 V, opcijsko pojačalo će u svom povratnom pinu smanjiti napon na ranžiranom otporniku za 8 V. Izlaz op-pojačala uključivat će tranzistor sve dok ranžirni otpor ne proizvede pad od 8V.
Prema omskom zakonu, otpor će proizvesti pad od 8V samo kad je trenutni protok 170mA (.17A). To je zato što je Napon = struja x otpor. Prema tome, 8V =.17A x 47 Ohma. U ovom scenariju priključeno rezistentno opterećenje koje je u seriji, kao što je prikazano na shemi, također će pridonijeti protoku struje. Opcijsko pojačalo će uključiti tranzistor i ista količina struje bit će spuštena na tlo kao i ranžirni otpor.
Ako je napon fiksan, bez obzira na to priključeno otporno opterećenje, strujni tok bit će isti, inače napon na opcijskom pojačalu neće biti jednak ulaznom naponu.
Dakle, možemo reći da je struja kroz teret (struja je utonula) jednaka struji kroz tranzistor koja je također jednaka struji kroz ranžirni otpor. Preuređivanjem gornje jednadžbe, Poniranje struje opterećenjem = Pad napona / otpor ranžiranja.
Kao što je već spomenuto, pad napona bit će jednak ulaznom naponu na op-pojačalu. Stoga, Poniranje struje od opterećenja = Ulazni napon / otpor šanta.
Ako se promijeni ulazni napon, promijenit će se i strujanje kroz teret.
Poboljšanja dizajna
- Ako je odvođenje topline veće, povećajte snagu otpornika ranžiranja. Za odabir snage napona otpora može se upotrijebiti R w = I 2 R, gdje je R w snaga otpora, a I maksimalni protok struje, a R vrijednost razdjelnika.
- LM358 ima dva op-pojačala u jednom paketu. Osim ovog, mnogi optički pojačala imaju dva optička pojačala u jednom paketu. Ako je ulazni napon prenizak, možete upotrijebiti drugo opcijsko pojačalo za pojačanje ulaznog napona prema potrebi.